Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • БиоМолТекст-18
  • Vitacoin

Кость с памятью формы

Ученые создали самозалечивающиеся кости

РИА Новости

Ученые Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» разработали материал для костных имплантатов, с возможностью самозалечивания трещин. В основу был положен полимер с памятью формы, который восстанавливает свою структуру при локальном нагреве. Результаты исследований были представлены на видеоконференции «Научные и технологические решения для медицины будущего» (Москва-Дели), прошедшей в ММПЦ МИА «Россия сегодня».

Речь идет о возможности замены маленьких или крупных частей кости при травмах, а также операциях по удалению фрагмента костной ткани при развитии злокачественной опухоли. Человеческий организм не обладает ресурсами для самостоятельного замещения большого количества костной ткани, поэтому возникает необходимость в имплантатах.

Если имплантат внутри организма находится под циклической нагрузкой (это обычно возникает при замещении фрагментов костей в конечностях, особенно ногах), в нем образуются трещины, возникновение которых очень сложно контролировать. Предотвратить их образование невозможно, однако, можно создать имплантат из материала с возможностью самозалечивания.

«Мы развиваем подход использования материалов с памятью формы», – поясняет кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Федор Сенатов. – «Изначально имплантат имеет определенную форму, потом трещина ее меняет, но при нагревании структура восстанавливается. Эффект памяти формы требует сосуществования в полимере жесткой фазы (химические или физические сшивки, переплетения молекул или межмолекулярные взаимодействия) и мягкой фазы, которая определяет энтропийную упругость макромолекул и могла бы быть деформирована во временную форму. Можно представить себе, что кусок полимера, из которого состоит наш имплантат, это некая пружина в желе. Допустим, вы деформируете этот кусок пластика, то есть растягиваете пружину. Застывшее желе не дает ей сомкнуться обратно. Однако если подогреть желе, оно станет мягким и пружина сможет вернуться к своей изначальной форме», – добавил он.

implant.jpg
Демонстрация закрытия трещины в костном имплантате.
Предоставлено пресс-службой НИТУ «МИСиС».

Движущей силой для восстановления формы является изменение подвижности молекул полимера и переход от более упорядоченной временной конфигурации после деформации к термодинамически выгодной конфигурации с более высокой энтропией и меньшей внутренней энергией.

На данный момент в разных лабораториях мира ведутся опыты на животных по изучению возможностей локального нагрева такого имплантата без затрагивания окружающих тканей. Чтобы его нагреть, нужно провести малоинвазивную операцию, то есть сделать прокол и подвести волновод прямо к замещенному фрагменту кости. Главная проблема заключается в том, что пока форма имплантата восстанавливается при температуре выше 50 градусов, что может нанести большой урон живым клеткам. Кроме того, температура активации эффекта памяти формы высока для полимеров, подходящих для использования в костных имплантатах.

Если стремиться сделать имплантат подобием кости, выдерживающей большие циклические нагрузки, то температура нагрева еще поднимется. Это будет 60-70 градусов, что, несомненно, будет губительным для окружающих тканей.

«К сожалению, человечество на данный момент не имеет ни одного материала, который был бы с одной стороны твердым и прочным, а с другой стороны, легко преобразующим свою структуру при приемлемых температурах. Думаю, тут нужно будет экспериментировать с технологией аккуратного нагрева или находить оптимум путем создания композиционных материалов и изменения их внутренней структуры. Нам удавалось «нащупать» такие составы, но пока их самозалечивание происходит при 50 градусах, – пояснил Федор Сенатов.

На данный момент ученые Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» используют в качестве основы для имплантатов разные полимеры, в основном биорезорбируемые, то есть саморассасывающиеся. Ими можно замещать мелкие фрагменты костей, что востребовано в челюстно-лицевой хирургии. Для крупных фрагментов используется сверхвысокомолекулярный полиэтилен.

Твердость полимера повышается за счет ввода дополнительных частиц, например, гидроксиапатита – это минеральная основа костей и зубов. Для достижения нужной температуры используется прямой нагрев, электрический ток, ультразвук и переменное магнитное поле. Чтобы добиться эффекта нагрева при помощи магнитного поля, в полимер специально вводятся магнитные наночастицы. После наложения переменного магнитного поля частицы внутри имплантата начинают разогреваться и передавать тепло окружающему материалу. Сейчас ученые экспериментируют с составами материалов, пытаясь повысить прочность, снизив при этом температуру нагрева.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru


Читать статьи по темам:

перелом регенерация имплантаты Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Костные имплантаты из комбинированного материала

Финские и российские ученые разработали костные каркасы для лечения повреждений костей.

читать

«Железный» полимер

Российские ученые успешно испытали имплантаты губчатых костей на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ): 100% вживленных образцов успешно прижились.

читать

Сверхэластичные кости

Гибкий полимер, из которого можно печатать заготовки костей, не вызывает иммунного ответа, самостоятельно заполняется клетками и окостеневает естественным образом.

читать

Новый метод регенерации костей

Исследование, проведенное in vitro, открывает новые перспективы для восстановления твердых тканей – костей, зубов и хрящей.

читать

Генотерапия псевдоартроза

Ученые КФУ впервые в мире применили метод генотерапии у больного с т.н. ложным суставом, который образуется на месте длительно существующего вывиха или перелома.

читать